JPS62210415A

JPS62210415A - 精密複写用投影光学系

Info

Publication number: JPS62210415A
Application number: JP5405186A
Authority: JP
Inventors: Takeo Sato; 佐藤　健夫; Nobuhiro Araki; 信博荒木; Koichi Kawada; 耕一河田; Noboru Nomura; 登野村; Atsushi Ueno; 上野　厚; Shotaro Yoshida; 吉田　正太郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-03-12
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1987-09-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、紫外光、遠紫外光などの極短波長に用いるの
に適する精密複写用投影光学系に関するものである。

従来の技術従来の精密複写用投影光学系としては、例えば、特公昭
５７−１２９６６号公報に示されているようにレンズに
よる屈折系から成るもの、特開昭５５−１７１９６号公
報に示されているように反射系から成るものが知られて
いる。

以下、図面を参照しながら従来の精密複写用投影光学系
について説明する。

第５図に示すように屈折系から成る光学系においては、
光学ガラスＧ及び光学結晶材Ｃから成る複数枚のレンズ
カミ用いられ、像倍率は１／１０の縮小系である。

第７図に示すように反射系を用いた複写用投影光学系に
おいては、物体Ｏから出た光線が主鏡１００、副鏡１０
１、主鏡１００の順に反射され、物体Ｏと同一平面上に
１７１の等倍の像Ｉを形成するテレ七／トリック構成と
なっている。

発明が解決しようとする問題点しかし前者においては、光学ガラスＧにショット社製の
ＵＢＫ７のように特に紫外域の波長用に調質されたガラ
スを用いても、波長が２８０ｎｍでは透過率が２３％（
硝材厚５ｍｍの場合）と極端に低下する。一方、光学結
晶材Ｃの内、Ｔ　ｉ　Ｆ　２　　、ＣａＦ２、Ｋｃｌ、
合成水晶のように２００ｎｍ付近の波長においても約８
０％の透過率が得られるものがあるが、大型の結晶材の
入手が困難であシ、加工性が非常に悪く、高精度の加工
が難しい。また種類が限られるため、設計の自由度が小
さくなる。そのため紫外域、あるいは遠紫外域の波長に
おいては十分な収差補正を行うことができず、屈折材料
のみによシ光学系を構成するのは、著しく困難となる。

第６図は、第５図に示した縮小投影光学系の分光透過率
を示す表であるが、これからも明らかなように使用波長
が３００ｎｍ以下では透過率がほぼＯとなシ、紫外域で
の使用は不可能である。

一方後者においては、反射鏡のみで構成されているため
、使用波長に対する制約はない。しかじ主鏡１００．　
　副鏡１０１は物体０１像Ｉの軸上の点Ｐに対して同心
配置となっているため、球面収差、コマ収差、歪曲収差
は良好に補正されているが、タンジェンシャル方向の非
点収差が大きく、像面が湾曲する。そのためスリットを
用い、タンジェンシャル方向、サジタル方向の非点収差
が一致し、非点隔差が０となる像高にて円弧状フィール
ドを作り、例えば半導体ウェーハ上にコス、クパターン
を露光する場合には、物体０となるマスク、像面■とな
るウェーハを同時走査させて必要な投影フィールドを得
、無収差に近い光学系を実現している。しかしながらこ
の反射光学系を縮小光学系に構成する場合には、第８図
に示すようになり、テレセントリックを保ったままでは
、主鏡ｉｏｏ。

主鏡１０２、副鏡１０１の総てが同心配置とならず、す
なわち主鏡１０２と副鏡１０１をＣを中心とした同心配
置とすると主鏡１００の中心はＣ′とずれるので、軸外
収差が悪化する。さらに物体０と像Ｉが同一平面上とな
らないため、マスクとウェーハを別々に走査し、しかも
走査スピードをやはり像倍率の比だけ変える必要がある
。走査スピードの誤差が投影時の像の歪となるため、精
密に制御する必要があるが、投影像ば微細となる程、非
常に困難となる。従って第８図に示すような反射光学系
を用いて縮小光学系を実現するのは、光学収差補正、及
び機構的に問題がある。

そこで本発明は、上記問題を解決するもので、光の吸収
量を極力小さく抑え、紫外域、遠紫外域での透過率を確
保することができ、また光学収差が小さく高解像を得る
ことができるようにした精密複写用投影光学系を提供し
ようとするものである。

問題点を解決するための手段そして上記問題点を解決するための本発明の技術的手段
は、基準軸を中心に回転対称に位相補正部材と凸面鏡部
材と中心に開口を備えた凹面鏡部材とを有するカタジオ
プトリック光学系２対が共軸上で入射瞳を共用し、かつ
位相補正部材に対して互いに相対するように結合され、
物点側のカタジオプトリック光学系は物点から出た光が
凹面鏡部材の開口を通過して凸面鏡部材で物点側に反射
された後、凹面鏡部材で反射されて位相補正部材を通過
するように配置さｎ１像点側のカタジオプトリック光学
系は入射光束が位相補正部材を通過後、凹面鏡部材によ
り位相補正部材側に反射され、さらに凸面鏡部材によシ
位相補正部材とは反対側に反射され、凹面鏡部材の開口
を通過し、基準軸とは直角面内で、かつ凹面鏡後方に結
像するように配置されたものである。

作用上記技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、被投影物体を物点側のカタジオプトリック光
学系の焦平面上に置き、被投影物体から出る光を物点側
のカタジオプトリック光学系により一旦千行光となし、
像点側のカタジオプトリック光学系によシ集光し、像形
成を行う。この時、物点側のカタジオプトリノク光学系
は一種のアフォーカルコンバータとしての働きをなし、
有限距離に置かれた被投影物体からの光線の像点側カタ
ジオプトリック光学系への入射角を小さく抑え、軸外の
光学収差の発生量を低減する。

実施例以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１実施例における精密複写用投影光
学系を示す全体断面図である。

凸面鏡２、中心に開口を備えた凹面鏡３及び位相補正板
４により物点側のカタジオプトリック光学系Ｉが構成さ
れており、被投影物体ｌは、カタジオプトリック光学系
Ｉの焦平面Ｆ上に置かれる。

このカタジオプトリック光学系Ｉは被投影物体１に対し
凹面鏡３、凸面鏡２、位相補正板４の順で配置されてい
る。位相補正板４′、中心に開口を備えた凹面＊５及び
凸面鏡６により像点側のカタジオプトリック光学系■が
構成されている。このカタジオプトリック光学系■は被
投影物体１に対し位相補正板４′、凸面鏡６、凹面鏡５
の順で配置されている。これら力タジオプトリック光学
系■と■は共軸上で入射瞳Ｅを共有し、かつ僅かに離れ
て置かれた位相補正部材４．４′に対して互いに相対す
るように結合されている。

凸面鏡２及び凹面鏡３と、凸面鏡６及び凹面鏡５は各々
入射瞳Ｅの光軸Ａ上の点Ｃを中心として同心配置となっ
ている。また位相補正板４のＬ側（左側）、すなわち凸
面鏡２側、位相補正板４′のＲ側（右側）、すなわち凸
面鏡６側及び凹面鏡３．５は非球面である。

而して被投影物体１の１点から出た光は、凹面鏡３の開
口を通過して凸面鏡２により被投影物体１側へ反射され
た後、再び凹面鏡３により反射され、位相補正板４を通
過する。位相補正板４を通過した光は平行光となり、位
相補正板４と僅かに離して置かれた位相補正板４′に入
射し、凹面鏡５により被投影物体ｌ側へ反射され、その
後、凸面鏡６によシ再度、被投影物体１とは反対側へ反
射され、凹面鏡５の開口を通過し、基準軸とは直角面内
で、かつ凹面鏡５の後方に投影像７を形成するようにな
っている。

次に本実施例における像倍率βについて第２図を参照し
ながら説明する。今、物体高をｈｌ、像高をｈｌ、カタ
ジオプトリック光学系Ｉの焦点距離をｆｌ、カタジオプ
トリック光学系「の焦点距離をｆ２、光軸Ａを基準とし
、物体高ｈｔ　の位相補正板４の中心に対する角度を０
１、光軸Ａを基準とし、像高ｈ２の位相補正板４′の中
心に対する角度を０２とすると、像倍率βは次式で与え
られる。

、−」■　ヤニ上」皿ムーｈｌｆＩ−ｔａｎθ１ここで、入射１１ｍＥを位相補正板４′の頂点にとっで
あるため、０１−０２となり、焦点距離の比ｆｚ／ｆｔ
が倍率βを与える。換言すれば、入射瞳Ｅを互いに共有
し、その有効径が等しいため、互いの口径比の比が倍率
βを与えることになる。

そのため、理論解像限界を決定する全系（カタジオプト
リック光学系Ｉ及び■の結合として得られる）の口径比
は、投影像側のカタジオプトリ７り光学系■で決定され
、被投影物体側のカタジオプトリック光学系Ｉの口径比
には依存しないため、口径比を大きくでき、全系として
の設計、加工は容易となる。

また、被投影物体１から出る光を、物点側のカタジオプ
トリソク光学系■により一旦平行光となし、像点側のカ
タジオプトリック光学系■により集光し、像形成を行っ
ているため物体側のカタジオプトリンク光学系Ｉが７種
のアフォーカルコンバータとしての働きをなし、有限距
離に置かれた被投影物体１からの光線の像点側力タジオ
プトリック光学系■への入射角を小さく抑え、軸外の光
学収差の発生量を低減することができる。

一方、各々のカタジオプトリック光学系Ｉ、ＩＩは、入
射瞳Ｅ中心点を中心として凹面鏡３．５、凸面鏡２．６
を同心配置としているため、コマ収差、非点収差、歪曲
収差の発生を最小とすることができる。また本発明のよ
うな一括投影光学系では、従来に比べると球面収差は大
きくなるが、残存する球面収差は、上記のように位相補
正板４．４′及び凹面鏡３．５を非球面化することによ
り除去することができる。

また上記のように被投影物体側のカタジオプトリック光
学系１１投影像側のカタジオプトリック光学系■は、独
立に、軸上収差である球面収差、軸外収差であるコマ収
差、非点収差、歪曲収差が補正されているため、全系と
して結合した場合においても十分低収差の光学系を実現
している。

次に本発明の具体的実施例について説明する。

全系ｆ（焦点距離）　：　１００ｍｍ　、有効Ｆナンバ
ー（口径比）　：　１．３　、使用波長、２００　ｎｍ
　ｓ倍率：ｒ　ｒ　＝　３２２．３４２　　　　　　　
ｄ　ｒ　＝　−１２０，１７０反射面ｒ　ｚ　−４４２
，５１２（非球面）　　ｄ２＝　　４４２．５１２　　
　反射面ｒ３ｗｏ　　　　（非球面）　　　ｄ　３−　
　５．９３５　１１　＝　１．５６０７６９ｒ４　ｅｇ
ｏ　　　　　　　　　ｄ４＝　　　０．１１９ｒ５　＊
Ｑ　　　　　　　　　ｄ５　＝　　　５．９３５　　ｎ
ｚ　−１，５６０７６９ｒ５　＝Ｏ（非球面）　　ｄａ
−８８，５０２ｒ　ｔ　＝　−８８，５０２ｄ　７　＝
　　−２４，０３４反射面ｒ　ｓ　＝　−６４，４６８
（非球面）　　　　　　　　　　　反射面但し、第２図
に示すようにｒｌは凸面鏡２の反射面の曲率半径、ｒｌ
は凹面鏡３０反射面の曲率半径、ｒ３、ｒ４は位相補正
板４の各１面の曲率半径、ｒ５　、ｒ６は位相補正板４
′の各面の曲率半径、ｒ７は凸面鏡６０反射面の曲率半
径、ｒｌｌは凹面鏡５の反射面の曲率半径、ａｔは凸面
鏡２０反射面と凹面鏡３の反射面との間隔、ｄ２は凹面
鏡３の反射面と位相補正板４の入射側の面との間隔、ｄ
ａは位相補正板４の肉厚、ｄ４は位相補正板４と４′の
内隅、ｄ５は位相補正板４′の肉厚、ｄ６は位相補正板
４′の出射側の面と凸面鏡６の反射面との間隔、ｄ７は
凸面鏡６の反射面と凹面鏡５の反射面との間隔、ｎｌは
位相補正板４の屈折率、ｎｌは位相補正板４′の屈折率
である。

非球面係数サグ量Ｚを下式で表現した場合の係数１日ＩＫヨー＃２ｆ−ｐは鮒、１゛、本−ｈけを幼入射
窩さ、Ａ４　、Ａ６　ｓ　／’ｋａ　、ＡＩＯは各面ｒ
２、ｒ３、ｒｅ　、ｒｅの非球面係数、Ｃ＝ｌ／ｒでｒ
は曲率半径である。

第３図に上記具体的実施例による球面収差、非点収差、
歪曲収差を示す。

球面収差は溶融石英から成る非球面の位相補正板４．４
′により大部分を除き残存している高次の球面収差を凹
面鏡３．５によって完全に補正している。

非点収差、歪曲収差、コマ収差については、凹面鏡３．
５及び凸面鏡２．６を入射瞳Ｅに関して同心配置とし、
凸面鏡２．６は球面とし、各々凹面鏡３．６に対して軸
外光の場合においてもコンセントリンクであるように成
し、収差量の発生を非常に軽微なものとしている。しか
も本実施例では屈折材料は位相補正板４．４′に用いて
いる溶融石英のみであるため、λ＝２００ｎｍの波長に
おいても６０％以上の透過率が得られる。

次に本発明の第２実施例について説明する。本実施例に
おいては第４図に示すように上記第１実流側における２
つの位相補正板４．４′を互いの平面部で結合して一体
とし、若しくは予め一体に形成し、一つの位相補正部材
４ａにより２対のカタジオプトリンク光学系Ｉ、ＩＩに
共用するようにしたものであり、その他の構成は上記第
１実施例と同様である。本実施例においても上記第１実
施例と同様の効果を得ることができる。

発明の効果以上述べたように本発明によれば、凹面鏡部材、凸面鏡
部材及び位相補正部材から成るカタジオプトリンク光学
系２対を位相補正部材を中心に共軸上で互いに対向する
ように結合し、一つのカタジオ７’　ｌ−ＩＪノック学
系を構成しているので、軸上の収差である球面収差は勿
論のこと、軸外収差であるコマ収差、非点収差、歪曲収
差を非常に小さく抑えることができ、高解像を得ること
ができる。

また主たる屈折力を反射系で得ているため、使用する屈
折材料は位相補正部材のみであり、紫外域、遠紫外域で
の透過率を確保することができ、紫外域、遠紫外域への
適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例における精密複写
用投影光学系を示し、第１図は全体断面図、第２図は像
倍率の説明図、第３図は収差図、第４図は本発明の第２
実施例における精密複写用投影光学系の位相補正板の断
面図、第５図は従来例の屈折系を用いた複写用縮小投影
光学系の全体断面図、第６図は第５図に示した従来例の
分光透過率を示す図、第７図は従来例の反射系を用いた
複写用投影光学系の断面図、第８図は第７図に示した従
来例を縮小系に変更した場合の想定概略図である。１・・・被投影物体、２・・・凸面鏡、３・・・凹面鏡
、４．４’、４ａ・・・　位相補正板、５・・・凹面鏡
、６・・・凸面鏡、７・・・投影像、Ｅ・・・入射瞳、
Ａ・・・光軸。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名＃吻
艷Ｅ第４図第５間

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基準軸を中心に回転対称に位相補正部材と凸面鏡
部材と中心に開口を備えた凹面鏡部材とを有するカタジ
オプトリック光学系２対が共軸上で入射瞳を共有し、か
つ位相補正部材に対して互いに相対するように結合され
、物点側のカタジオプトリック光学系は物点から出た光
が凹面鏡部材の開口を通過して凸面鏡部材で物点側に反
射された後、凸面鏡部材で反射されて位相補正部材を通
過するように配置され、像点側のカタジオプトリック光
学系は入射光束が位相補正部材を通過後、凹面鏡部材に
より位相補正部材側に反射され、さらに凸面鏡部材によ
り位相補正部材とは反対側に反射され、凹面鏡部材の開
口を通過し、基準軸とは直角面内で、かつ凹面鏡部材の
後方に結像するように配置されていることを特徴とする
精密複写用投影光学系。
（２）共軸上で結合された２対のカタジオプトリック光
学系がそれぞれ位相補正部材を有し、これらの位相補正
部材が僅かな間隔を存するように配置されている特許請
求の範囲第１項記載の精密複写用投影光学系。
（３）共軸上で結合された２対のカタジオプトリック光
学系が１個の位相補正部材で共用されている特許請求の
範囲第１項記載の精密複写用投影光学系。
（４）位相補正部材及び凹面鏡部材が非球面である特許
請求の範囲第１項記載の精密複写用投影光学系。
（５）共軸上で結合された２対のカタジオプトリック光
学系の各々の口径比の比率が像倍率を与える特許請求の
範囲第１項記載の精密複写用投影光学系。